師忠玉
(山西大唐國(guó)際運(yùn)城發(fā)電有限責(zé)任公司,山西 運(yùn)城 044602)
某火電廠輸煤皮帶驅(qū)動(dòng)設(shè)備由電動(dòng)機(jī)、液力耦合器和減速機(jī)組成。電動(dòng)機(jī)型號(hào) YKK400-4,額定電壓 6 kV,額定功率 315 kW,轉(zhuǎn)速1498 r/min。液力耦合器型號(hào) YOXⅡz-600,液壓推動(dòng)器推力 2000 N,推動(dòng)器行程 60 mm,廣東中興液力傳動(dòng)有限公司生產(chǎn)。減速機(jī)為SEW傳動(dòng)設(shè)備天津有限公司生產(chǎn)的M3RSF80減速機(jī),傳動(dòng)比為1:32.7407。
電動(dòng)機(jī)安裝在約1.2 m高的鋼結(jié)構(gòu)支座上,鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q235。
在點(diǎn)檢、巡檢設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)大,水平振動(dòng)為0.39 mm,垂直振動(dòng)為0.42 mm,軸向振動(dòng)為0.16 mm。對(duì)電機(jī)軸承檢查無異常,電機(jī)直流電阻、絕緣、耐壓試驗(yàn)均合格,對(duì)輪中心復(fù)查無異常,振動(dòng)大的問題依然存在。
振動(dòng)測(cè)試采用美國(guó)NI振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上海SK振動(dòng)數(shù)據(jù)處理軟件,振動(dòng)傳感器采用國(guó)產(chǎn)速度傳感器。振動(dòng)測(cè)點(diǎn)安裝在電機(jī)自由端、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端、減速機(jī)輸入端的軸承處,每處分別安裝了水平、垂直和軸向3個(gè)測(cè)點(diǎn),振動(dòng)最大時(shí)刻的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示,電機(jī)垂直方向通頻振幅、一倍頻幅值、一倍頻相位隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖1所示。
表1 振動(dòng)最大時(shí)刻振動(dòng)數(shù)據(jù)列表
圖1 電機(jī)垂直方向通頻振幅、一倍頻幅值、一倍頻相位趨勢(shì)圖
紅外成像檢測(cè),電機(jī)溫度最高點(diǎn)在驅(qū)動(dòng)端軸承殼體處,溫度為60℃。減速機(jī)溫度最高處在第一級(jí)齒輪軸承殼體處,溫度為60℃。溫度均在正常范圍內(nèi)。
運(yùn)行期間電機(jī)電流無變化,且振動(dòng)二倍頻分量較小,初步排除電機(jī)電氣方面故障原因,應(yīng)為機(jī)械方面的原因。
振動(dòng)特征:振動(dòng)以一倍頻為主;電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)最大,振幅在6~18 mm/s之間變化;振動(dòng)幅值周期波動(dòng),振動(dòng)相位發(fā)生 360°周期性變化;電機(jī)自由端、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端、減速機(jī)輸入端振動(dòng)規(guī)律相同。
根據(jù)振動(dòng)特征,不符合滾動(dòng)軸承的特征頻率[1],可以排除電機(jī)軸承方面的原因,也無齒輪的嚙合頻率,可初步排除減速機(jī)齒輪的問題,不對(duì)中的特征也不明顯,上述的分析也在之前的檢查中得到了確認(rèn)。
旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)大與兩個(gè)因素有關(guān),一是激振力大,二是動(dòng)剛度低,降低振動(dòng)的所有方法,都是從以上兩個(gè)大的方面著手,要么降低激振力,要么提高動(dòng)剛度。
本案例振動(dòng)故障中,從降低激振力方面分析,引起振動(dòng)相位周期的變化是必須首先要查明的原因。對(duì)于汽輪機(jī)振動(dòng),相位的周期變化是旋轉(zhuǎn)性不平衡力造成的,而引起旋轉(zhuǎn)不平衡的原因是轉(zhuǎn)子與靜止部位的摩擦使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一定量的熱彎曲,而且彎曲的方向是周期變化的。該原因在本案例的故障中基本可以排除,因?yàn)殡姍C(jī)的軸承為滾動(dòng)軸承,已經(jīng)檢查確認(rèn)軸承工作正常,那么動(dòng)靜基本沒有接觸的可能性。
對(duì)于組合體的剛度,與3個(gè)因素有關(guān)[2]:一是各個(gè)零部件之間的連接剛度,二是零部件的結(jié)構(gòu)剛度,三是結(jié)構(gòu)的共振程度。如果排除了共振因素,可以說,剛度不足要么是結(jié)構(gòu)剛度不足,要么是連接剛度不足,甚至是兩者均有之 (這種情況較少)。目前,判斷連接剛度不足的方法比較成熟,進(jìn)行軸承外振動(dòng)特性測(cè)試,即采用差別振動(dòng)的方法基本可以診斷連接剛度是否正常[3];但是判斷結(jié)構(gòu)剛度不足的方法,主要有偏心輪激振測(cè)試和加重試驗(yàn)兩種方法,這兩種方法在現(xiàn)場(chǎng)均不方便實(shí)施。
本案例中,每次振動(dòng)幅值最大時(shí),一倍頻相位也位于較大值,依據(jù)此規(guī)律,采用了20 g的試加重量加至液力耦合器外沿螺栓上,在電機(jī)水平方向激起了30~50 μm的振動(dòng)變化量,對(duì)此現(xiàn)象的解釋,一是軸系短、質(zhì)量輕,加重反應(yīng)靈敏;二是電機(jī)結(jié)構(gòu)剛度低。對(duì)于相位周期變化,不能采用測(cè)相平衡法實(shí)施動(dòng)平衡,從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來看,影響系數(shù)不但幅值變化大而且角度也很分散,實(shí)施動(dòng)平衡比較困難。
通過加重反應(yīng),也說明了動(dòng)剛度應(yīng)作為一個(gè)檢查方向進(jìn)行排查;進(jìn)一步通過升降速試驗(yàn)和運(yùn)行中的振動(dòng)測(cè)試,不符合結(jié)構(gòu)共振的特征;通過垂直差別振動(dòng)的測(cè)試,也排除了連接剛度不足的原因。為了確認(rèn)是否是鋼結(jié)構(gòu)支座的結(jié)構(gòu)剛度不足,進(jìn)行了不同高度水平振動(dòng)的測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表2所示。
表2 電機(jī)鋼結(jié)構(gòu)支座水平方向振動(dòng)幅值 mm/s
電機(jī)支座高度不同,差別振動(dòng)較大,決定對(duì)結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行排查,采用支撐加固試驗(yàn)的方法,采用千斤頂對(duì)電機(jī)鋼結(jié)構(gòu)支座臨時(shí)加支撐,振動(dòng)明顯降低。
最終對(duì)電機(jī)鋼結(jié)構(gòu)支座進(jìn)行焊接支撐,加2個(gè)水平和2個(gè)垂直共4個(gè)支撐槽鋼,設(shè)備運(yùn)行后,電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)降至0.02~0.08 mm,電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)降至0.02~0.06 mm,振動(dòng)達(dá)到良好水平。
通過該問題的解決,對(duì)于輸煤系統(tǒng)同類型多臺(tái)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)較大的問題,也采用同樣的方法分析處理,均使振動(dòng)降至合格范圍之內(nèi)。
通過此類問題的振動(dòng)分析,找到了一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)剛度不足的新方法。對(duì)于安裝在較高鋼結(jié)構(gòu)支座上的旋轉(zhuǎn)設(shè)備,振動(dòng)頻率為一倍頻,初步排除激振力大、連接剛度不足、共振的因素,可采用此方法檢測(cè)判斷結(jié)構(gòu)剛度的強(qiáng)弱。將此方法暫命名為水平差別振動(dòng)測(cè)試,其規(guī)律是,旋轉(zhuǎn)設(shè)備支座高度不同,水平方向就存在差別振動(dòng),高度差別越大,水平方向差別振動(dòng)就越大,據(jù)此特征可初步判斷為旋轉(zhuǎn)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)支座剛度不足的原因,進(jìn)而解決振動(dòng)大的問題,此方法簡(jiǎn)單實(shí)用。
引起振動(dòng)周期性不穩(wěn)定變化的原因,是軸系上存在一個(gè)隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)變化的不平衡量,當(dāng)旋轉(zhuǎn)性不平衡與轉(zhuǎn)子原始不平衡方向一致時(shí),表現(xiàn)為振動(dòng)最大;相反,當(dāng)旋轉(zhuǎn)性不平衡與轉(zhuǎn)子原始不平衡方向相反時(shí),表現(xiàn)為振動(dòng)最小,同時(shí)振動(dòng)相位也呈周期性的變化。
汽輪機(jī)發(fā)生此振動(dòng)是旋轉(zhuǎn)熱不平衡造成的。但對(duì)于本案例,是不可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)熱不平衡的,最大的疑點(diǎn)是液力耦合器的原因,因?yàn)橐毫︸詈掀鞴ぷ饔褪切D(zhuǎn)的。為了排查是否是液力耦合器造成的,對(duì)另外多臺(tái)同類型的輸煤皮帶電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試,多臺(tái)同類型的電動(dòng)機(jī)通頻振動(dòng)幅值、一倍頻幅值、一倍頻相位隨時(shí)間變化的趨勢(shì)規(guī)律均一致,與圖1類似。
對(duì)比多臺(tái)同樣結(jié)構(gòu)的電機(jī)振動(dòng)具有相同的特征,只是振幅大小的差異,相位均發(fā)生360°的周期變化,分析造成這一現(xiàn)象的原因是液力耦合器的工作方式造成的,這是液力耦合器本身的工作特性決定的,是液力耦合器工作油周期性旋轉(zhuǎn)造成的旋轉(zhuǎn)性質(zhì)量不平衡。
輸煤皮帶電機(jī)振動(dòng)大的原因是鋼結(jié)構(gòu)支座剛度不足造成的。振動(dòng)相位不穩(wěn)定且有規(guī)律的周期變化是液力耦合器的工作方式引起的。對(duì)于結(jié)構(gòu)剛度不足的處理,現(xiàn)場(chǎng)多采用加固的方法處理,但是加固也不是一勞永逸的,隨著時(shí)間的推移,結(jié)構(gòu)剛度仍有降低的趨勢(shì)。建議在設(shè)計(jì)及安裝階段,盡量采用鋼筋混凝土基礎(chǔ),同時(shí)盡量降低鋼結(jié)構(gòu)支座的高度。